煤氣發(fā)生爐工作原理是以煤為原料生產(chǎn)煤氣，固體原料煤從爐頂部加入，隨煤氣爐的運(yùn)行向下移動(dòng)，在與從爐底進(jìn)入的氣化劑（空氣、蒸汽）逆流相遇的同時(shí)，受爐底燃料層高溫氣體加熱，發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生煤氣。這樣在煤氣發(fā)生爐中形成了幾個(gè)區(qū)域，一般我們稱為“層”。按照煤氣發(fā)生爐內(nèi)氣化過(guò)程進(jìn)行的程序，可以將發(fā)生爐內(nèi)部分為六層。1）灰渣層；2）氧化層（又稱火層）；3）還原層；4）干餾層；5）干燥層；6）空層；其中氧化層和還原層又統(tǒng)稱為反應(yīng)層，干餾層和干燥層又統(tǒng)稱為煤料準(zhǔn)備層。
（1）灰渣層：
煤燃燒后產(chǎn)生灰渣，形成灰渣層，它在發(fā)生爐的*下部，覆蓋在爐篦子之上。其主要作用為：
a保護(hù)爐篦和風(fēng)帽，使它們不被氧化層的高溫?zé)龎模?br />
b預(yù)熱氣化劑，氣化劑從爐底進(jìn)入后，首先經(jīng)過(guò)灰渣層進(jìn)行熱交換，使灰渣層溫度**，氣化劑溫度升高。
c灰渣層還起了布風(fēng)作用，使進(jìn)入的氣化劑在爐膛內(nèi)盡量均勻分布。
（2）氧化層：
也稱為燃燒層（火層）。從灰渣中升上來(lái)的氣化劑中的氧與碳發(fā)生劇烈的燃燒而生成二氧化碳，并放出大量的熱量。它是氣化過(guò)程中的主要區(qū)域之一，其主要反應(yīng)是：
C+O2→CO2
氧化層的高度一般為所有燃料塊度的3-4倍，一般為200毫米。氣化層的溫度一般要小于煤的灰熔點(diǎn).
（3）還原層：
在氧化層的上面是還原層。赤熱的碳具有很強(qiáng)的奪取氧化物中的氧而與之化合的本領(lǐng)，所以在還原層中，二氧化碳和水蒸氣被碳還原成一氧化碳和氫氣。這一層也因此而得名，稱為還原層，其主要反應(yīng)為：
CO2+C→2CO
H2O+C→H2+CO
2H2O+C→CO2+2H2
（4）干餾層：
就是把煤中的揮發(fā)份,焦油等物質(zhì)經(jīng)過(guò)加熱后所產(chǎn)生的CmHm化合物分離出來(lái),然后再進(jìn)入還原進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
（5）干燥層：
干燥層位于干餾層上面，也即是燃料的面層，主要是把煤中的水發(fā)蒸發(fā)即可。
（6）空層：
空層即燃料層上部，爐體內(nèi)的自由區(qū)，其主要作用是匯集煤氣。
富氧氣化實(shí)施依據(jù)
根據(jù)混合煤氣發(fā)生爐內(nèi)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，其主要反應(yīng)發(fā)生在氣化層，即氧化層和還原層。煤首先在氧化層燃燒產(chǎn)生大量的熱，然后以產(chǎn)生的熱量供給還原層促進(jìn)還原反應(yīng)的發(fā)，如果沒(méi)有充足的熱量則還原反應(yīng)很難發(fā)生。燃燒即是碳與氧發(fā)生是的氧化反應(yīng)，生成CO2，在由CO2、水蒸氣和碳發(fā)生還原反應(yīng)生成CO、H2等可燃性氣體，其中還原反應(yīng)需要大量的熱，如果熱量不足則還原反應(yīng)就不能進(jìn)行。
在還原層，高溫蒸汽H2O裂解成H2與CO要大量吸熱，CO2還原成CO要大量吸熱，提高爐溫，需增加鼓風(fēng)量，增加含量為78%的N2；提高煤氣熱值，與鼓風(fēng)量的增加是一對(duì)主要矛盾，蒸汽量增大，爐子溫度要**，鼓風(fēng)量增大，N2要大量進(jìn)爐，要減少風(fēng)量，又要提高煤氣熱值，矛盾突出。富氧燃燒既能提高爐溫，又大量減少N2（空氣）的進(jìn)風(fēng)量，一舉兩得地解決了技術(shù)難關(guān)。
與傳統(tǒng)空氣-水蒸氣制取是煤氣相比，富氧煤氣采用富氧空氣與水的混合物作為氣化劑，提高了氣化劑中氧的濃度，加劇了碳的氧化反應(yīng)，爐溫升高，使氣化速度加快，提高了氣化強(qiáng)度和氣化效率；同時(shí)煤氣中惰性組分下降，煤氣熱值得到了有效的提高。
采取富氧空氣制取煤氣時(shí)，為了**氧化層溫度防止*作溫度過(guò)高，熱損增大，造成爐渣溶結(jié)而影響爐料的透氣性，在鼓風(fēng)中需要增加水蒸汽的供入量，利用碳和水蒸汽的吸熱反應(yīng)，**氣化層的溫度。水蒸氣象氮?dú)饽菢訉崃繌难趸瘜訋У竭�原層，提高了氧化層熱量利用率和還原層的溫度。隨著富氧空氣中氧濃度的增加，則燃燒速度加快，單位時(shí)間和空間內(nèi)產(chǎn)生了更多的熱量和CO2, 同時(shí)氣化劑中水蒸氣的含量提高都為還原反應(yīng)做了**的準(zhǔn)備。在還原層的主要反應(yīng)是：
CO2+C→2CO －162.4 kJ/mol
H2O+C→H2+CO －188.8 kJ/mol
2H2O+C→CO2+2H2－75.2 kJ/mol
由此可見(jiàn)，增加反應(yīng)物濃度、提高反應(yīng)溫度能有效的促進(jìn)還原層反應(yīng)向右進(jìn)行，提高氣化效率。
提高燃料層溫度，增加煤氣熱值
根據(jù)阿累尼烏斯定律，燃燒反應(yīng)速度與溫度成指數(shù)關(guān)系，因此溫度對(duì)燃燒過(guò)程有著極其顯著的影響，溫度高，著火快，燃燒速度快，燃燒過(guò)程進(jìn)行的更加劇烈，燃燒也易于趨向**。
圖3 氧濃度與火焰溫度的關(guān)系
用燃料理論燃燒溫度計(jì)算公式來(lái)簡(jiǎn)單地做個(gè)計(jì)算對(duì)比，更能說(shuō)明問(wèn)題。理論燃燒溫度計(jì)算公式如下：
（4-1）
式中：
——燃料低位發(fā)熱量，Kj/Kg；
——燃燒產(chǎn)物，空氣，燃料的熱容量；
——燃料，空氣的溫度 ℃；
——燃料生成的煙氣量，m3/Kg；
——不同過(guò)量空氣系數(shù)時(shí)的燃料單位空氣耗量，m3/Kg。
設(shè)煙氣量=α，其中α為煙氣生成系數(shù)，因此富氧前理論燃燒溫度為：
（4-2）
富氧后的理論燃燒溫度為：
（4-3）
（2）式比上（1）式可得，
（4-4）
由此可以看出，富氧后減少煙氣量，理論燃燒溫度顯著提高提高�；旌厦簹獍l(fā)生爐中的有效成分(CO+H2)的含量主要取決于CO2還原反應(yīng)和水蒸汽分解反應(yīng)的進(jìn)行，即:
CO2+C→2CO －162.4 kJ/mol
H2O+C→H2+CO －188.8 kJ/mol
以上兩反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，因而燃燒溫度的提高有利于CO和H2平衡濃度的增加。而且在通常的發(fā)生爐*作溫度下，上述兩反應(yīng)的反應(yīng)速度均處于動(dòng)力學(xué)控制區(qū)范圍，提高反應(yīng)溫度有利于CO2、H2的還原反應(yīng)向右進(jìn)行。當(dāng)采用富氧氣化時(shí)隨著氣化劑中氧濃度的提高，反應(yīng)溫度隨之提高，只要增加蒸汽量，就可以在**的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行*作；采用普通空氣助燃，其中79%的N2不參與燃燒而且要帶著大量的熱，還會(huì)阻礙氣化反應(yīng)的進(jìn)行，富氧氣化可以減少助燃風(fēng)中的N2量，煤氣中N2濃度也隨之下降，可燃?xì)怏w比例增加，此時(shí)，煤氣的熱值得到了有效的提高。
加快氣化反應(yīng)速度，提高氣化強(qiáng)度
燃燒過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的受物理化學(xué)因素影響的多相燃燒過(guò)程，在此過(guò)程中既發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)，又發(fā)生質(zhì)量和熱量的傳遞、動(dòng)量和能量的交換。煤種可燃物主要是碳，而且燃燒時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)，所以碳的燃燒快慢是整個(gè)過(guò)程的燃燒關(guān)鍵，關(guān)系著整個(gè)氣化反應(yīng)過(guò)程。
氣化反應(yīng)速度取決于碳的**氧化反應(yīng)，這是一個(gè)由外擴(kuò)散控制的反應(yīng)，即是說(shuō)影響燃燒速度的決定因素是物理混合條件，即氧氣的擴(kuò)散速率，提高氣化劑中氧氣的濃度，增加氧氣擴(kuò)散速率，保證碳表面有足夠的氧氣維持碳的快速燃燒，碳的氧化反應(yīng)加劇，爐溫隨之上升，使氧化反應(yīng)速度加快，單位時(shí)間釋放的熱量亦相應(yīng)增加，從而給還原反應(yīng)提供了充足的熱量，它可使單位時(shí)間、單位爐截面上氣化碳量增加，也就是提高了氣化強(qiáng)度和氣化效率。
3.3 **灰渣含碳量，提高碳利用率
煤氣發(fā)生爐原料的帶出物損失是由于氣流在料層中及發(fā)生爐爐頂空間的流動(dòng)而引起的，當(dāng)氣流速度大于固體顆粒的極限沉降速度時(shí)，顆粒即被氣流帶出，造成碳的損失，氣流速度愈大，則帶出損失就愈大。富氧氣化工藝通過(guò)氧含量的增加相對(duì)**氣流速度，可進(jìn)一步減少帶出物；富氧氣體濃度高、反應(yīng)快，加快了碳的燃燒速度，縮短了燃燒時(shí)間，在有效的時(shí)間內(nèi)促進(jìn)氧化層碳的**燃燒，**灰渣含碳量，提高碳的利用率。
3.4擴(kuò)大煤種適用范圍
富氧氣化后，隨著氣流速度的**，對(duì)原料煤的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性要求**。高灰份、反應(yīng)性差的煤通過(guò)氧含量的提高**可以應(yīng)用于常用煤氣發(fā)生爐，擴(kuò)大煤種的使用范圍。
(1)富氧氣化后，其煤氣成分出現(xiàn)一些變化，尤其是CO的成份**提高，而N 的成份**下降，說(shuō)明采用富氧氣化后爐內(nèi)氣化反應(yīng)更加**，而空氣中的N 吸入量**下降，但蒸汽消耗量也增加，飽和溫度由原來(lái)的6O℃左右提高到68℃左右，致使富氧前后的蒸汽分解**下降，CO與未分解的蒸汽反應(yīng)，使CO：和略有提高。但煤氣熱值提高了
482．6KJ／m ，接近7個(gè)百分點(diǎn)。
(2)由于采用富氧氣化，煤氣熱值的提高，總鼓風(fēng)量也有較大幅度的下降。富氧前供應(yīng)熔化的平均總流量為1320m3／h，采用富氧氣化后，平均總流量為1140m3／h，下降了180m3／h，而且熔化玻璃原料的溫度**穩(wěn)定，根據(jù)熔化情況，溫度能很好控制，確保了熔化量380噸／天，這是單段爐無(wú)法做到的。
(3)由于鼓風(fēng)量的下降，**了發(fā)生爐的爐底壓力，這樣就大大地減少了爐內(nèi)煤粉的飛揚(yáng)，煙道中煙灰及焦油**減少。煙道壓力**，壓力損失減少，對(duì)大窯后期的生產(chǎn)穩(wěn)定起到保證作用，其潛在效益****。
(4)由于采用富氧氣化，煤與氧氣的接觸面積增大，氣化反應(yīng)得到加強(qiáng)和**，使灰渣的殘?zhí)己?*下降。在富氧前，殘?zhí)己烤痈卟幌�，基本上�?5％左右；富氧后，殘?zhí)己炕旧峡刂圃?9％左右，**了6個(gè)百分點(diǎn)。
(5)由于煤氣熱值的增加和殘?zhí)己康?*，煤的使用量**減少，每天日耗煤由富氧前的平均165噸下降到平均156噸，平均每天下降9噸。按到廠價(jià)450元／噸計(jì)，每天節(jié)約費(fèi)用4050元
